5G技術在智慧煤礦自動化系統中的應用

牛鐸潤

摘要：隨著信息化技術的不斷發展，煤礦信息化正向信息擴展、高度集成、綜合應用、自動控制、預測預報、智能決策的方向發展。5G（第五代移動通信技術）將為煤礦井下實時大數據采集、高清視頻監控傳輸、遠程精確控制、大設備連接等方面提供重要的技術支撐。

關鍵詞：5G通信;煤礦工程;綜采自動化

引言

近些年，煤礦智能化在我國煤炭生產高質量發展發面已體現出了巨大的技術保障能力，成為煤炭工業科技發展的重要方向。在煤礦智能化進程中，第五代移動通信技術（The5thgenerationcommunication，5G）融合物聯網、人工智能、大數據、云計算等新一代信息技術成為煤礦智能化的有效推動力，已成為學術界和工業界的廣泛共識。隨著國家發改委和國家能源局等八部委聯合印發《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》的通知以及工信部印發《關于推動5G加快發展的通知》，融合5G等新一代信息技術推進煤礦智能化建設進一步獲得學術界、產業界以及政府的高度重視。然而，井下的無線傳播環境、煤礦開采的具體業務需求不明導致無法直接將5G通信系統應用于煤礦智能化開采之中，需要進一步研究5G適應性技術以滿足煤礦智能化開采的無線通信與信息處理需求。針對上述問題，學術界和產業界已經從關鍵技術研究、標準化制定、實驗室及網絡試點建設等各方面開展了積極的研發工作。然而，目前的研發及試點建設尚處起步階段，面向煤礦特定場景的針對性研究依然欠缺，對于煤礦智能化水平的提升有限。

一、智慧煤礦分析

智能煤礦是我國煤礦發展的新局面，也是我國硬煤健康穩定發展的基礎。智能煤礦基本上結合了各種技術，以形成數據鏈路和數據中心的標準，完整而全面的感知系統以及強大的服務平臺。具體內容在下面進行了分析和詳細說明。（1）智能煤礦主要集成了物聯網、計算機、大數據和人工智能技術等先進技術，可以使煤礦的變化更加智能化和自動化，從而提高煤礦的效率。（2）現階段發展智能煤礦也符合我國的環境要求，有效地實現了環境友好的經營方式。此外，智能煤礦還根據實際采礦和生產條件創建了各種平臺系統，例如：綜合控制平臺、地下煤礦定位和導航平臺、礦井運輸信息平臺、視頻監控和3D場景平臺、災難意識和報警平臺、無人工作系統智能控制平臺等;每個系統都是在線的。這可以為各種任務的開發提供相對有利的環境。

二、5G技術在智慧煤礦自動化系統中的應用

1.一體化管控優化管理變革

傳統粗放管理模式下，由于缺少數據，對于生產過程中出現的問題，只能依靠經驗進行處理，無法支撐對更多過程細節的管控，難以對各類風險做出預警。隨著“5G+工業互聯網”的發展，為非煤礦山實現智慧化生產和精益化管理提供了可能。實現非煤礦山智慧化生產的基礎是數據和生產流程，精益管理通過構建合理的生產方式和流程，保證數據的準確性及業務的穩定性，從而解決礦山生產過程中的不確定性問題，利用大數據技術實時分析各類數據實現對礦山安全生產的監測，綜合評估相關災害，為礦山管理方式由“經驗管理”向“智慧化管理”轉變奠定基礎。

2.高清視頻監控系統與5G通信技術

視頻監控系統主要是實時采集和傳輸綜采設備運行情況，目前井下常用的防爆攝像機性能較差，在煤礦井下惡劣的生產條件下，經常出現被煤塵覆蓋降低清晰度和照射范圍的情況，不能全面展現工作面實時情況，且維護起來費時費力。煤礦井下綜采工作面光線復雜昏暗、粉塵懸浮、溫濕度較大，近年來隨著科學技術的發展，4k高清網絡攝像機逐漸成為行業寵兒，但4k高清攝像機需要更高的網絡傳輸帶寬（一般情況下4k圖像需要6～8Mb/s的帶寬，經不同的編碼格式編碼后可降低帶寬需求），無論是RF射頻信號、WiFi還是4G均難以滿足高清視頻的帶寬需求。5G作為更先進的網絡技術，完全能夠滿足高清視頻監控圖像傳輸的需求。以華為5GCPE終端設備Pro版為例，數據傳輸上行峰值：250Mb/s;下行峰值：1.65Gb/s，在滿足高清視頻數據傳輸的情況下，仍有足夠的帶寬支持通話、視頻、數據交換、遠程控制等多種數據業務。

3.無線基站選型

5G基站種類與形式并不單一，除了宏基站以外，還有微基站、皮基站以及飛基站。微基站、皮基站和飛基站的具體設備形態又分為分布式和一體化兩種。宏基站發射功率較大，覆蓋范圍也比較大，因此適合于需要大面積覆蓋的場景。相比宏基站，微基站、皮基站以及飛基站體積更小、部署方便、選址靈活，通常作為宏基站的補充進行無線覆蓋增強和熱點區域業務流量提升。通常，在如下場景中，亦可以采用微基站進行無線覆蓋：1）宏基站建設有難度的待覆蓋區域，比如建站困難或者空間受限的地方;2）較小的室外覆蓋區域;3）對無線傳輸帶寬有較大要求的辦公區或者居民區;4）需要進行深度覆蓋的區域。由于煤礦地面和井下兩種不同的使用環境，因此煤礦5G無線基站需要根據這兩種不同的使用環境分別進行選型。

4.數據分析技術

數據分析技術是智能采礦的關鍵部分，因為智能煤礦由不同的平臺操作系統組成。因此，對諸如實際操作平臺和技術平臺之類的數據和信息進行分析非常重要。在應用數據分析技術時，主要是使用傳感器收集數據和信息以及確定數據分析的有用性。同時，利用此數據，可以有效地分析和提取煤礦開采的相關信息，并將其應用于煤礦開采，以確保煤礦開采的效率和實施智能煤礦開采模式。另外，通過使用數據分析技術，可以為相關人員執行各種任務，從而使工作相對方便，準確地了解采礦問題并及時解決，以確保各項任務的順利進行。

結語

綜采自動化、智能化是未來煤炭企業的發展方向，采煤機器人的研發已經開始研究，5G作為新一代網絡技術擁有明顯的優勢，通過5G綜采工作面可以實現采煤機、綜采液壓支架、高清視頻監控、刮板運輸等系統之間的整合，提高數據利用率，建立以自動控制、遠程監控、報警聯動為核心的智能采礦體系，進一步實現井下采煤少人化、無人化作業，提高生產效率，減少安全事故。

參考文獻：

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